Pflanzen haben kolonisierten die überwiegende Mehrheit der Erdoberfläche. Was ist also der Schlüssel zu ihrem Erfolg?
Menschen halten Pflanzen oft für einfache, sinnlose Lebensformen. Sie mögen an einem Ort verwurzelt leben, aber je mehr Wissenschaftler über Pflanzen erfahren, desto komplexer und reaktionsfähiger Wir erkennen, dass sie es sind. Sie sind hervorragend darin, sich an die örtlichen Gegebenheiten anzupassen. Pflanzen sind Spezialisten, die das Beste aus dem machen, was sich in der Nähe des Ortes befindet, an dem sie keimen.
Beim Erlernen der Feinheiten des Pflanzenlebens geht es jedoch um mehr als nur darum, die Menschen zum Staunen zu bringen. Beim Studium von Pflanzen geht es auch darum, sicher zu sein Wir können immer noch Getreide anbauen in Zukunft, da der Klimawandel unser Wetter immer extremer macht.
Umweltsignale beeinflussen das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Beispielsweise nutzen viele Pflanzen Tageslänge als Anhaltspunkt um die Blüte auszulösen. Die verborgene Hälfte der Pflanzen, die Wurzeln, nutzen ebenfalls Signale aus ihrer Umgebung, um sicherzustellen, dass ihre Form für die Nahrungssuche nach Wasser und Nährstoffen optimiert ist.
Wurzeln schützen ihre Pflanzen vor Stress wie Trockenheit, indem sie ihre Form anpassen (Verzweigung, um ihre Lebensdauer zu erhöhen). Oberfläche, zum Beispiel), um mehr Wasser zu finden. Aber bis vor Kurzem haben wir nicht verstanden, wie Wurzeln erkennen, ob im umgebenden Boden Wasser verfügbar ist.
Wasser ist das wichtigste Molekül auf der Erde. Zu viel oder zu wenig kann ein Ökosystem zerstören. Die verheerenden Auswirkungen des Klimawandels (wie kürzlich in Europa und Ostafrika zu beobachten) sind spürbar Sowohl Überschwemmungen als auch Dürren kommen häufiger vor. Da Klimawechsel is Niederschlagsmuster erstellen zunehmend unberechenbar, lernen, wie Pflanzen darauf reagieren Wasserknappheit ist von entscheidender Bedeutung, um Nutzpflanzen widerstandsfähiger zu machen.
Unser Team aus Pflanzen- und Bodenwissenschaftlern und Mathematikern vor kurzem entdeckt wie Pflanzenwurzeln Passen Sie ihre Form an, um die Wasseraufnahme zu maximieren. Normalerweise verzweigen sich die Wurzeln horizontal. Sie unterbrechen die Verzweigung jedoch, wenn sie den Kontakt zum Wasser verlieren (z. B. wenn sie durch eine luftgefüllte Lücke im Boden wachsen), und die Wurzeln nehmen die Verzweigung erst wieder auf, wenn sie wieder Kontakt mit feuchtem Boden haben.
Unser Team hat herausgefunden, dass Pflanzen ein System namens verwenden Hydrosignalisierung um zu verwalten, wohin Wurzeln als Reaktion darauf verzweigen Wasserverfügbarkeit in der Erde.
Hydrosignalisierung ist die Art und Weise, wie Pflanzen erkennen, wo sich Wasser befindet, und zwar nicht durch direkte Messung des Feuchtigkeitsgehalts, sondern durch die Wahrnehmung anderer löslicher Moleküle, die sich mit dem Wasser in den Pflanzen bewegen. Dies ist nur möglich, weil (im Gegensatz zu tierische Zellen) Pflanzenzellen sind miteinander verbunden durch kleine Poren.
Diese Poren ermöglichen die gemeinsame Bewegung von Wasser und kleinen löslichen Molekülen (einschließlich Hormonen). Wurzel Zellen und Gewebe. Wenn Wasser von der Pflanzenwurzel aufgenommen wird, wandert es durch die äußersten Epidermiszellen.
Die äußeren Wurzelzellen enthalten außerdem a Hormon, das die Verzweigung fördert und Auxin genannt wird. Die Wasseraufnahme löst die Verzweigung aus, indem sie Auxin nach innen in das innere Wurzelgewebe mobilisiert. Wenn von außen kein Wasser mehr verfügbar ist, beispielsweise wenn eine Wurzel durch einen luftgefüllten Spalt wächst, benötigt die Wurzelspitze immer noch Wasser zum Wachsen.
Wenn Wurzeln also kein Wasser aus dem Boden aufnehmen können, sind sie auf Wasser aus ihren eigenen Venen tief im Wurzelinneren angewiesen. Dadurch ändert sich die Bewegungsrichtung des Wassers, sodass es nun nach außen wandert, was den Fluss des Verzweigungshormons Auxin stört.
Die Pflanze macht auch eine Anti-Verzweigungshormon namens ABA in seinen Wurzeladern. Auch ABA bewegt sich mit dem Wasserfluss, also in die entgegengesetzte Richtung wie Auxin. Wenn die Wurzeln also Wasser aus den Adern der Pflanze aufnehmen, ziehen die Wurzeln auch das Anti-Verzweigungshormon zu sich heran.
ABA stoppt die Wurzelverzweigung, indem es alle kleinen Poren schließt, die die Wurzelzellen verbinden – ein bisschen wie Explosionstüren auf einem Schiff. Dies dichtet die Wurzelzellen voneinander ab und verhindert, dass sich Auxin frei mit Wasser bewegen kann, wodurch die Wurzelverzweigung blockiert wird. Dieses einfache System ermöglicht es Pflanzenwurzeln, ihre Form genau an die örtlichen Wasserbedingungen anzupassen. Es ist Dies wird als Xeroverzweigung bezeichnet (ausgesprochen Zerobranching).
Unsere Studie ergab außerdem, dass die Wurzeln einer Pflanze ein ähnliches System nutzen, um den Wasserverlust zu reduzieren wie ihre Triebe. Blätter stoppen den Wasserverlust bei Dürrebedingungen durch das Schließen von Mikroporen, sogenannten Stomata, auf ihrer Oberfläche. Der Spaltöffnungsschluss wird auch durch das ABA-Hormon ausgelöst. In ähnlicher Weise reduziert sich ABA in Wurzeln Wasserverlust durch das Schließen von Nanoporen namens Plasmodesmen, die alle Wurzelzellen miteinander verbinden.
Wurzeln von Tomaten, Ackerschmalwand, Mais, Weizen und Gerste reagieren alle auf diese Weise auf Feuchtigkeit, obwohl sie sich in unterschiedlichen Böden und Klimazonen entwickelt haben. Zum Beispiel, Tomaten haben ihren Ursprung in einer südamerikanischen Wüste, wohingegen Ackerschmalwand stammt aus zentralasiatischen gemäßigten Regionen. Dies deutet darauf hin, dass Xerobranching ein häufiges Merkmal blühender Pflanzen ist, die über 200 Millionen Jahre jünger sind als nicht blühende Pflanzen wie Farne.
Wurzeln von Farnen, einer sich früh entwickelnden Landpflanzenart, reagieren nicht auf diese Weise auf Wasser. Ihre Wurzeln wachsen gleichmäßiger. Dies deutet darauf hin, dass blühende Arten sich besser anpassen können Wasser Stress als frühere Landpflanzen wie Farne.
Blühende Pflanzen können ein breiteres Spektrum an Ökosystemen und Umgebungen besiedeln als nicht blühende Arten. Angesichts der schnellen Veränderungen der Niederschlagsmuster auf der ganzen Welt ist die Fähigkeit von Pflanzen Es ist heute wichtiger denn je, ein breites Spektrum an Bodenfeuchtigkeitsbedingungen zu erkennen und sich daran anzupassen.